(57)【要約】【課題】荷電粒子線、特に電子線露光法は基板上の帯電の影響を大きく受けやすく、帯電状態によってはフォーカスや非点収差補正条件も変動してしまい、露光像がぼやけたり、適切な線幅あるいは形状が形成できない問題がある。本発明は十分な解像度が得られる露光方法を提供する。【解決手段】基板上の帯電状態・分布、あるいは電界状態・分布に依存したフォーカス合わせ量あるいは非点収差補正量を露光の間に、あるいは同一の露光基板に対して補正条件を固定させて露光する方法を開示する。この方法には２つの方向性があり、一つはウエハ上のフォーカス合わせ条件あるいは非点収差補正量分布を直接に計測する方法、もう一つはウエハ上の帯電分布あるいは電界分布あるいは磁界分布を計測し、その値を元にフォーカス合わせ条件あるいは非収差補正条件をキャリブレーションにて最適化された条件に対する補正量として算出する。【選択図】図５
2006344614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ウエハ上に電子線あるいは荷電粒子線を用いてマスクパターンあるいはアパーチャ形状を投影露光するに際し、
露光する下地構造基板（レイヤー）毎にウエハ上の帯電状態及びその分布をモニターし、許容帯電量をＶac-ch[V]、露光光源の加速電圧をＶacc[V]、転写パターン寸法制御をＬac[nm]、比例係数をＫとしたとき、
Ｖac-ch ＜ Ｋ・Ｌac・Ｖacc２／10,000
とし、許容帯電量Ｖac-chを上回った場合には少なくともビーム補正を行う
露光方法。
【請求項２】
ビーム補正検出用パターンを予め形成した被露光基板を用いて、露光前あるいは露光中に適時空間像計測を行い、少なくともフォーカス合わせ状態、非点収差残留成分量を検出し、これらの制御規格値から許容値以上外れた場合にのみ、電子線あるいは荷電粒子線光学系へのフィードバックを行って、少なくともフォーカス合わせあるいは非点収差補正（ＳＴＩＧＭＡ補正）調整を行いつつ露光する
請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
露光してパターン形成しようとするそれぞれの下地構造基板（レイヤー）上にビーム補正検出用パターンを面内分布計測ができるように配列形成し、このウエハを該レイヤーのビーム補正用とし、露光時に本ウエハを用いて、ビーム補正検出パターン上にビーム照射して得られる空間像から少なくともフォーカス合わせ位置、非点収差補正量を算出してそれらのウエハ面内補正マッピングデータをデータベースとして露光装置システムに持たせ、以後の露光では同一の基板構造上にパターン形成する時には、該当するデータベースに基づいて該レイヤーの露光を行う
請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
露光ウエハ面内のグローバルな帯電量分布を少なくとも表面電位測定あるいはそれに代わる帯電量モニター可能な方法にて事前に計測し、それぞれの帯電バイアス量Ｖchに対する補正フォーカス量Ｆcorrを露光装置のキャリブレーション時の適正フォーカスＦ０に対し
Ｆcorr  ＝  Ｆ０＋ｋ・Ｖch
にて算出し（ｋは露光光源加速電圧及び露光光学系に依存する定数）、本算出式から得られる同一下地基板上ウエハ面内のフォーカス補正値に基づいて投影光学系を制御して露光する
露光方法。
【請求項５】
露光ウエハ面内のグローバルな帯電量分布を少なくとも表面電位測定あるいはそれに代わる帯電量モニター可能な方法にて事前に計測の上、それぞれの帯電バイアス量Ｖchに対する非点収差補正量ＳＴＧcorrを露光装置のキャリブレーション時の適正補正量ＳＴＧ０に対し、Ｋ＝定数とし
ＳＴＧcorr  ＝  ＳＴＧ０＋Ｋ・Ｖch
にて補正値を算出し、本算出式から得られる同一下地構造基板上のウエハ面内のＳＴＩＧＭＡ補正値に基づいて非点収差補正を制御しつつ露光する
露光方法。
【請求項６】
空間像計測時に基板上に形成されている空間像計測用パターンは、
二次電子あるいは反射電子放出能がバックグランドに比べて２０％以上高い材料あるいは構造である
請求項２，請求項３の何れかに記載の露光方法。
【請求項７】
空間像計測用レチクルパターンの開口率は少なくとも５％以下で計測用パターン部の局所的開口率は１％以下として、空間電荷効果の影響を抑制する
請求項２，請求項３の何れかに記載の露光方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れかに記載の露光方法を実行する露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体集積回路等のリソグラフィー工程に用いられる電子線あるいは荷電粒子線露光方法に関し、特に本露光時の被露光基板に依存した電子線あるいは荷電粒子線の露光時ビーム補正制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化が一層進み、既に90nmノードデバイスの量産が行われるに至り、いよいよ65nmデバイスの量産も視野に入りつつある時期に差し掛かってきた。デバイスの微細化はリソグラフィー技術の進展に寄与するところが大きいが、100nmノード前後からようやく量産投入され始めたＡｒＦ（フッ化アルゴン）レーザーを光源とする露光装置は既にその波長の半分の解像度を要求され、65nmノードに至っては、既に露光波長の1/3の解像性を引き出さざるを得ず、これ以上の微細パターン形成にはより短波長光源を用いるか、あるいはレチクル位相制御などを応用した超解像技術の一層の進展に力を入れるか、あるいは全く異なる露光方法を選択するか、大きな岐路に差し掛かっている。次期露光方法候補はよく“ＮＧＬ（Next Generation lithography）”と呼ばれているが、このＮＧＬの候補にひとつに荷電粒子線の一つ、電子線を光源に用いる電子線露光法がある。
【０００３】
電子線露光方法としては、直接描画法に分類される収束ビームをラスタースキャン、ベクタースキャンさせてパターン形成するものから可変整形、セルプロジェクション露光法などスループット向上を目指した第二世代技術に進展し、一方一層の高スループット化を目標にＥＰＬ（Electron Projection Lithography）やＬＥＥＰＬ（Low Energy Electron Projection Lithography）など幾つかの投影露光方法も開発が進められている。
【０００４】
これらの電子線露光装置においては、露光前に予めキャリブレーションを行い、フォーカスや非点収差補正用のスティグメーターなど最適値となるよう調整されている。本手法は電子線装置の一般的方法である。
【０００５】
一方、ＥＰＬなどの投影露光法は最大でも数mm□エリアしか一度に投影転写できないために分割転写方式が用いられるが、それぞれの分割されたサブフィールド（一度に露光転写できるパターン領域）内のパターン分布が異なると、やはり非点収差等の補正を行い適正な露光像が得られるように制御しなければならない。本方法を高精度にできる方法が、例えば（特許文献１）に開示されている。本発明はサブフィールド内のパターン分布形状に基づく指標を露光情報データとして露光装置の制御部に与える、サブフィールドの光学補正値と上記指標の対応関係をテーブルとして記憶させ、各サブフィールド毎の上記データをテーブルに基づき光学補正するものである。
【特許文献１】特開２００１−２６７２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体集積回路作製プロセスでは、被露光基板はその作製工程で既にグローバルな帯電をしているものや露光時に照射される電子線自体に起因する帯電など、プロセス基板上は複雑な帯電分布を有していることが多い。特に電子線は基板上の帯電の影響を大きく受けやすく、帯電状態によってはフォーカスや非点収差補正条件も変動してしまい、そのままでは露光像がぼやけたり、適切な線幅あるいは形状が形成できなかったりという問題が発生してしまう。
【０００７】
また、umオーダーという比較的厚膜のレジストで微細なパターン形成を要するＧＳＲ用（磁気ヘッドモジュール形成）プロセスなどに対しては、特に高加速電圧の電子線露光が、その解像性を含めた制御性のよさから優れているが、基板にFeなどの磁性体含有基板を用いるために、基板内の電界分布が一様でなく、電子線露光時には非点収差補正条件が基板面内で変動するということも起こってしまう。そのため、該基板上で電子線露光をするとフォーカスや非点収差が変動して、やはり露光像がぼけたり適切な線幅あるいはパターン形状が形成できなかったりという問題が生じてしまう。
【０００８】
そこで前記に鑑み、本発明は、半導体集積回路作製プロセスにおける基板構造あるいは磁気ヘッド作製プロセスにおける磁性体基板であっても、電子線などの荷電粒子線露光において安定した解像度及びパターン形状、パターン線幅加工を実現できる方法の開示を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
荷電粒子線露光装置あるいは露光方法における本発明を、以後、電子線露光装置あるいは同方法で代表して説明する。
電子線露光を行う前に、露光装置が自動で、あるいはユーザーがマニュアルで少なくともビーム光軸調整、フォーカス合わせ、非点収差補正を行う。特に自動でこれらのキャリブレーションを行う場合には、例えば、ウエハ基板面上に二次電子放出能の高いパターンを配列させ、そこに整形した電子線を照射して、最も高い信号が得られるようにフォーカス補正レンズあるいは非点収差補正は空間像を用いて、フォーカス合わせあるいは非点収差補正を行うことができる。なお、光軸調整は照明系ならレチクル上、投影系ならウエハ上の反射電子検出器などを用いて調整することができる。
【００１０】
しかし、キャリブレーション後に所定の基板上のレジスト上に露光を行うと、時として十分な解像度が得られていなかったり目標寸法から大きく乖離していたり、時にはパターン形状が大きく崩れていたりすることが起こることがある。この傾向は下地が絶縁膜構造ほど顕著である。また近年はＧＳＲ（磁気ヘッド用プロセス）でも高解像が必要とされてきているが、やはりキャリブレーション後のままでは十分な解像度が得られないなどの問題がある。
【００１１】
これらの問題は、基板帯電あるいは基板上電界分布の影響があるためと思われる。例えば帯電は基板上に大きな分布を持つグローバルな帯電分布と局所的な帯電分布を持つローカルなものがあるが、特にグローバルな帯電分布量の方が一般に高く、その状態のままで露光するとフォーカスずれあるいは非点収差ずれが大きく出てしまう。そこで鋭意検討の結果、事前にこれらの基板上の帯電状態・分布、あるいは電界状態・分布を計測して、帯電基板あるいは磁場変動基板上への露光に関しては、許容帯電量Ｖacを上回った場合には露光直前に適時、ビーム補正、つまり少なくともフォーカス合わせあるいは非点収差補正をし直す方法を発案した。許容帯電量は露光光源の加速電圧及び転写像の寸法制御に依存する。本発明の請求項１記載の露光方法は、基板ウエハ上に電子線あるいは荷電粒子線を用いてマスクパターンあるいはアパーチャ形状を投影露光するに際し、露光する下地構造基板（レイヤー）毎にウエハ上の帯電状態及びその分布をモニターし、許容帯電量をＶac-ch[V]、露光光源の加速電圧をＶacc[V]、転写パターン寸法制御をＬac[nm]、比例係数をＫとしたとき、Ｖac-ch ＜ Ｋ・Ｌac・Ｖacc２／10,000  とし、許容帯電量Ｖac-hを上回った場合には少なくともビーム補正を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、露光直前に基板上のフォーカス合わせあるいは非点収差補正を行うには、それぞれを空間像としてモニターするのが有効で、空間像でモニターしたフォーカス及び非点収差補正値が初期キャリブレーション時の値からユーザーが任意に設定できる所定以上の格差を生じた場合にのみ、光学系にフィードバックをかけて、補正したフォーカス値あるいは非点収差補正値にて露光することが望ましい。本発明の請求項２記載の露光方法は、請求項１において、ビーム補正検出用パターンを予め形成した被露光基板を用いて、露光前あるいは露光中に適時空間像計測を行い、少なくともフォーカス合わせ状態、非点収差残留成分量を検出し、これらの制御規格値から許容値以上外れた場合にのみ、電子線あるいは荷電粒子線光学系へのフィードバックを行って、少なくともフォーカス合わせあるいは非点収差補正（ＳＴＩＧＭＡ補正）調整を行いつつ露光することを特徴とする。
【００１３】
また、予め同一構造の基板構造に対する帯電分布あるいは電界分布はほぼ同一として扱い、同一基板構造毎に空間像計測できるパターン形成した計測用ウエハを用意し、露光前に適時計測するか、あるいは同一基板構造毎にウエハ面内の少なくともフォーカス補正量、非点収差補正量をテーブルとしてデータベース登録しておき、露光する基板構造毎に補正テーブルに基づいた補正制御をして露光することも有効である。本発明の請求項３記載の露光方法は、請求項１において、露光してパターン形成しようとするそれぞれの下地構造基板（レイヤー）上にビーム補正検出用パターンを面内分布計測ができるように配列形成し、このウエハを該レイヤーのビーム補正用とし、露光時に本ウエハを用いて、ビーム補正検出パターン上にビーム照射して得られる空間像から少なくともフォーカス合わせ位置、非点収差補正量を算出してそれらのウエハ面内補正マッピングデータをデータベースとして露光装置システムに持たせ、以後の露光では同一の基板構造上にパターン形成する時には、該当するデータベースに基づいて該レイヤーの露光を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、基板上の帯電分布を表面電位測定あるいはそれに代替する帯電量モニター可能な方法で事前に計測し、それぞれの帯電バイアス量からフォーカス補正値を計算し、その補正値テーブルをデータベースとして装置が持ち、露光時に該当する同一基板構造のデータベースに基づいた補正を行うことも有効である。本発明の請求項４記載の露光方法は、露光ウエハ面内のグローバルな帯電量分布を少なくとも表面電位測定あるいはそれに代わる帯電量モニター可能な方法にて事前に計測し、それぞれの帯電バイアス量Ｖchに対する補正フォーカス量Ｆcorrを露光装置のキャリブレーション時の適正フォーカスＦ０に対し、Ｆcorr  ＝  Ｆ０＋ｋ・Ｖch にて算出し（ｋは露光光源加速電圧及び露光光学系に依存する定数）、本算出式から得られる同一下地基板上ウエハ面内のフォーカス補正値に基づいて投影光学系を制御して露光することを特徴とする。
【００１５】
また、基板上の帯電分布を表面電位測定あるいはそれに代替する帯電量モニター可能な方法で事前に計測し、それぞれの帯電バイアス量から非点収差補正値を算出し、その補正値テーブルをデータベースとして装置が持ち、露光時に該当する同一基板構造のデータベースに基づいた補正を行うことも有効である。本発明の請求項５記載の露光方法は、露光ウエハ面内のグローバルな帯電量分布を少なくとも表面電位測定あるいはそれに代わる帯電量モニター可能な方法にて事前に計測の上、それぞれの帯電バイアス量Ｖchに対する非点収差補正量ＳＴＧcorrを露光装置のキャリブレーション時の適正補正量ＳＴＧ０に対し、Ｋ＝定数とし、ＳＴＧcorr  ＝  ＳＴＧ０＋Ｋ・Ｖch  にて補正値を算出し、本算出式から得られる同一下地構造基板上のウエハ面内の非点収差補正値に基づいて非点収差補正を制御しつつ露光することを特徴とする。
【００１６】
また、空間像計測時に該基板上に形成されている空間像計測用パターンは、二次電子放出能が高い物質を用いて空間像検出Ｓ／Ｎを向上させておくことが有効である。本発明の請求項６記載の露光方法は、請求項２または請求項３において、空間像計測時に基板上に形成されている空間像計測用パターンは、二次電子あるいは反射電子放出能がバックグランドに比べて２０％以上高い材料あるいは構造であることを特徴とする。
【００１７】
また、空間像でフォーカス合わせ量あるいは非点補正量を計測する際にあまりレチクル開口率が高いとパターン開口率に依存して計測される非点収差補正値が変わってしまうことが起こってしまう。これは空間電荷効果に依存したもので、特に不均一なパターン配置の場合にはこの傾向が強く出てしまう。そこで、露光前のフォーカス合わせ量補正あるいは非点収差補正検出に関しては、極力少ない開口率のレチクルパターンを用いて検出する必要がある。本発明の請求項７記載の露光方法は、請求項２または請求項３において、空間像計測用レチクルパターンの開口率は少なくとも５％以下で計測用パターン部の局所的開口率は１％以下として、空間電荷効果の影響を抑制することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、100nm以下のナノオーダーの微細なパターン形成の高精度加工が可能となりまた、磁気ヘッド作製プロセスに使われる磁性体上へのパターン形成などあらゆる基板構造上へ高精度に露光を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、図４に示すように、被露光基板（１３２）上が帯電していないバイアス量分布（１３３）場合には、予め定期的に行う装置キャリブレーションにて投影光学系（１３１）のパラメータを最適化し、レチクルパターン（１３０）像が被露光基板（１３２）上に適切に投影されるようフォーカス位置、非点補正量を最適値に調整すれば、基板上毎あるいは基板内のフォーカスあるいは非点収差分布を補正する必要はなく、フォーカス補正量(１３４）もほぼ０（キャリブレーションと同じ場合が０）となり、ウエハ面内で均一な露光パターンを常に形成することが出来る。
【００２０】
しかし、図４のフォーカス補正量（１３４）のようにフォーカス補正量が若干（＋）になったり逆に（−）になったりすることがある。このようにキャリブレーション時のフォーカス合わせ条件と若干量異なる補正値を検出した場合には、検出システムの検出誤差などが誤差原因として考えられ、例えば図３で示すような空間像計測方法等でそのオフセット値を求め、補正してやればよい。この方法の詳細は後で説明する。
【００２１】
このような場合でもウエハ面内のフォーカス補正値が一定値を示すことは変わらず、露光時あるいは露光前に少なくとも非点補正を行う必要はない。このようにウエハ面内でフォーカス合わせ値が変わらない基板としては、未成膜のシリコン基板あるいは導電材料が成膜された基板などが該当する（ただし、導電性材料でも磁性体材料は別）。この実施形態ではフォーカス合わせ量についてのみ説明したが、非点収差補正に関しても同様の方法で制御することができる。
【００２２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線露光方法及び荷電粒子線露光装置について、図１，図２を参照しながら説明する。
装置は一定頻度でキャリブレーションを行い、フォーカス位置、非点収差補正量が得られるが、基板構造あるいは材質によってはそれらの条件のままではぼけた露光像が得られることになってしまう。そのような場合には、まず図１に示すようにウエハあるいは露光基板（１０１）上を、例えば、帯電量モニター（１０２）をウエハ上直径方向にスキャンさせてウエハ基板上の帯電量分布を計測する。ウエハ基板（１０１）が帯電しているとすると、その時のウエハ基板上の帯電分布（１０３）は真ん中ほど帯電量が多くなり、ウエハ中心が最も帯電量がマイナス側に高くなることになる。キャリブレーションにて最適化されたフォーカスは、帯電量＝０の条件下であるので、本実施例の場合、ウエハ最外周部ではキャリブレーション条件のままウエハ上に適切な像を形成することが出来る。しかし、ウエハ中心部に行くほど帯電量が増加するため、中心部に露光しようとすると、ウエハ基板上の帯電が投影ビームに対しクーロン相互反発作用が働き、通常より上方にフォーカスを結んでしまう。そこでそれを補正するために、帯電量に依存してフォーカス制御電圧を調整する必要があり、帯電量が増えるほどフォーカス制御電圧を上げる必要がある（１０４）。そのときのフォーカス補正量は帯電量が多いほど多くなり、帯電量が増えるとウエハ方向へフォーカス補正を行うこととなる（１０５）。なお、帯電量、フォーカス制御電圧、フォーカス補正量ともウエハ面内で対称的な形状を有することが多く、それぞれのＸ／Ｙで表示するとほぼ同じプロファイルとなる（１０３，１０４，１０５）。
【００２３】
本実施例では典型的な帯電の場合を示しており、例えば帯電を有する基板や磁性体基板の場合を図２にて説明すると、帯電基板（１１０）上でのバイアス分布（１１１）は周辺部で０ながらウエハ中心に行くほど（−）バイアスとなり典型的なグローバル帯電している状態であることが分かる。この状態で露光前のキャリブレーションにて得られたフォーカス補正量設定のままで露光しようとすると、帯電量が増加するほどフォーカス位置がずれることとなり、ウエハ基板上ではウエハ中心に行くほど（＋）デフォーカスしてしまう（１１２）。光学系図で見ると、帯電基板上でフォーカス追随性が未補正の場合には、レチクルパターン（１１６ａ）を透過した電子線は投影光学系（１１６ｂ）で縮小され投影光学系（１１６ｃ）にてキャリブレーション時に最適化されたレンズ励磁電流でフォーカシングするため、露光ビームのフォーカスはウエハ基板上でぼけてしまう（１１７ａ）。このままの状態で露光するとウエハ周辺部のパターン寸法に対してウエハ中心ほど差分（ΔＣＤ）が大きくなってしまい、ラフネスが増える等の不具合が出てしまう。そこで同じ帯電基板（１１３）上のフォーカス補正量（１１４）を空間像計測にてそれぞれのバイアス量あるいはウエハ位置毎のフォーカス補正量を計測して、求めた補正量に基づきフォーカスを補正しながら露光を行うと、フォーカスずれ量（１１５）を面内全てで０にすることが出来、ウエハ全面で適正な露光像を得ることができる。光学系図で見ると、基板上の帯電量に追随するようにフォーカス制御レンズ（１１６ｃ）の励磁強度を制御するのでウエハ上には適正なフォーカスを結ぶことが出来る（１１７ｂ）。
【００２４】
因みに帯電基板（１１０及び１１３）の構造としては、基板表面及び裏面にＳｉＯ２やｌｏｗ−ｋ膜などの絶縁膜が成膜されている基板が該当し、絶縁膜厚が厚くなればなるほどその帯電量は増加する傾向がある。この構造はデバイス製造プロセスに当てはめるとコンタクト形成あるいはＶia、配線工程などが該当する。また帯電と同様の挙動をする基板構造に磁性体基板がある。磁性体構造としては基板表層あるいは成膜構造内にＦｅ２Ｏ３などの磁性層を含むもので磁気ヘッド製造工程などが該当する。
【００２５】
このフォーカス補正量の計測は、露光の度に毎回行ってもよいが、その前に行う帯電量計測の結果である一定以上の帯電量を持つ場合にだけ計測を行うとより効率的である。
帯電量あるいは磁性体の電子線への影響は、電子線の加速電圧に反比例し加速電圧が高くなるほど帯電量あるいは磁性体の影響を受けなくなる。また電子線光学系がどれだけ影響されてもいいかは、どのくらいの寸法制御をするかに依存する。つまり、帯電量には露光電子の加速電圧に反比例し、制御寸法に正比例することになる。加速電圧と許容帯電量については、幾つかの加速電圧での実験結果から、１００ｋＶで１ｎｍ当り２Ｖ弱、５０ｋＶ時で０．３Ｖ弱、１５ｋＶ時で０．０５Ｖ以下であると考えられることより、加速電圧に対しては
Ｖac-ch〜Ｖacc２／10,000
の関係が成り立つと考えられる。制御寸法は比例関係にあることより、許容帯電量Ｖac-ch［Ｖ］は加速電圧Ｖacc［ｋＶ］と転写パターン寸法制御Ｌac［ｎｍ］として
Ｖac-ch  ＜  Ｌac・Ｖacc２／10,000                  ・・・式（０）
で表すことが出来る。
【００２６】
基板上の帯電量分布に対するフォーカスあるいは非点収差補正補正量の検出方法としてはビーム補正検出用パターンを予め形成した被露光基板を用いて、露光前あるいは露光中に適時空間像（二次電子or/and反射電子分布）計測を行う空間像計測が有効である。一般にガウシャンビームの空間像計測は容易であるが、次世代EB露光法で提案されているようなある一定面積の一括転写法に用いる矩形ビームで空間像計測するのは非常に難しい。しかし、図３のようにレチクル(１２１)上に照明される露光光源としての電子線（１２０）が透過したビーム（１２２）の繰り返しパターンと同一の繰り返しパターン形状からなるアライメントパターン(１２３）を空間像計測用ウエハ上パターンとしてウエハ上（１２５）に形成しておくと、レチクル（１２１）の空間像計測用レチクルパターン部を透過した繰り返しパターンのビーム（１２２）がウエハ上（１２５）のアライメントパターン（１２３）に同期した時のみ、最もＳＮの高い反射電子信号（１２６）を得ることが出来る。もしフォーカスがずれると、空間像プロファイルである反射電子信号（１２６）がブロードとなってしまうが、フォーカスが最もあっていれば最もシャープな波形が得られるので容易に調整できる。また非点収差がずれている場合も同波形がブロードとなり、また非対称な波形となるが、非点収差をスティグメーターで最小となるように最適化すると、最もシャープで対称な波形が得ることができる。この方法を応用した空間像計測方法であれば、ウエハ上の帯電分布あるいは電界分布あるいは磁界分布に依存したフォーカス及び非点収差最適値を求めることが出来る。得られた反射電子像は反射電子あるいは二次電子検出器（１４４）などでモニターし、リアルタイムで波形が最大ＳＮを得られるように調整することでフォーカス補正値及び非点収差補正を行うことが可能である。
【００２７】
この空間像計測方法を応用したフォーカス及び非点収差調整方法について（第二の実施形態）における図５にて説明する。
なお、電子線転写露光法における空間像計測方法については、2000年ＳＰＩＥ Micro lithographyでも報告されており、本発明ではこれらの空間像計測方法を採用すると有用である。本発明ではこのような空間像計測方法を応用して、実レイヤーパターン内のＴＥＧパターン部に空間像計測用の数1０μm□前後のグレーティングパターンを複数個配し、そのパターンで空間像計測しながら露光サブフィールドのフォーカス補正量あるいは非点収差補正量を計測することができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図５を用いて説明する。
被露光基板としてのウエハ（１２５）の上には図３で説明したところのアライメントパターン（１２３）と同様にアライメントパターン（１４５）を予め形成しておく（１４５）。基板上に形成されているアライメントパターン（１４５）の１/縮小倍率の同一構造パターンを形成したレチクル（１４１）上に露光光源としての照明電子線（１４０）を照射すると、レチクルパターンを透過した電子線（１４２）は投影光学系（１４３）で任意の大きさに縮小され、基板上へ投影される。ウエハ上にはレチクルパターンのパターン周期を縮小倍率補正したパターンがアライメントパターン（１４５）として形成されていて、このアライメントパターン上に該パターンビームが照射される。その結果、アライメントパターン（１４５）から放出される反射電子あるいは二次電子は検出器（１４４）で常に検出され、その空間像（１４６）をモニターすることが出来る。もし、フォーカスなり残存非点収差成分があると、モニターされた空間像（１４６）の分布形状はブロードな分布になってしまうが、フォーカスが合い残存非点収差成分も少なくなると、その分モニターされた二次電子分布形状はシャープになる。この原理に従って最もシャープな信号プロファイルが得られるよう、投影レンズ系を調整すればフォーカス制御なり非点収差補正制御を行うことが出来る。この作業をウエハ面上に形成したアライメントパターン（１４５）に対してそれぞれ行うと、ウエハ内の投影レンズ設定値分布を取得することが出来る。これで露光前の準備は完了し、実際の露光時には、上記で得られた投影レンズ設定値（１４７）で該当する露光投影光学系（１４８）を制御するとよい。こうすることで基板上全面に適切なパターン形成を行うことができる。なお、本調整は同一の基板について予め上記のような投影レンズの設定値分布を取得しておけば、その後同一ウエハの処理の際に、同レンズ設定値を引き出してレンズを制御しながら露光すればよい。ただ、基板ごとに該レンズ設定値がばらつくようであれば、露光基板ごとに上記調整を行う方が望ましい。
【００２９】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、ウエハ上の帯電分布あるいは電界分布とそれに依存したフォーカス合わせ位置あるいは非収差補正値の検出を空間像計測などで直接計測して投影レンズ補正値を得て、露光精度を維持ずる方法を開示した。一方、ウエハ上の帯電分布あるいは電界分布あるいは磁界分布を計測し、その値を元にフォーカス制御あるいは非点収差補正条件をキャリブレーションにて最適化された条件に対する補正量として算出する方法を第三の形態として図６を用いて説明する。
【００３０】
帯電ウエハあるいは磁性体基板の被露光基板（１５０）上の帯電量あるいは磁性強度分布を、帯電モニターあるいは磁性体強度モニター（１５１）等で計測する。帯電モニターあるいは磁性体強度モニターとしては、露光面積と同等かそれ以下の面積（EPLの場合≦250um、可変整形の直接描画装置の場合≦5um）の帯電量あるいは磁性体強度をモニターできるものであって、その検出分解能は式（０）における許容帯電量あるいは許容磁性体強度の１／５以下であることが望ましい。これらの検出はウエハ基板全面で行えればその方が望ましいが、一般的なグローバルな帯電あるいは磁性分布を持つものはウエハ基板中心から対称的な分布を持つので、直径方向のみあるいは直行する直径二方向を検出すれば十分である。なお、基板の下地構造がウエハ面内で大きく変わる部分がある場合など帯電量あるいは磁性体分布に影響を及ぼす懸念がある部分は予めその部分も計測しておくことが必要となる。
【００３１】
例えばウエハ中心ほど帯電しているグローバルな帯電分布（１５２）の場合には、それぞれのウエハ上帯電量Ｖchから、露光ビームの加速電圧及び露光光学系に依存する定数をｋ、補正フォーカス量Ｆcorrを露光装置のキャリブレーション時の適正フォーカスＦ０として、下記（１）式にて算出することができる。
【００３２】
Ｆcorr  ＝  Ｆ０＋ｋ・Ｖch                  ・・・（１）
それぞれの帯電量と式（１）にて得られたウエハ面上のそれぞれのレンズ設定値分布（１５３）を換算表として露光システムに記憶させ、ウエハ上への実際の露光の際に、その投影光学系（１５４）に該換算表に基づいた最適なレンズ設定値で露光すると、安定した露光像を形成することができる。さらに本方法では（第１あるいは第２の実施形態）のようにウエハ基板上にウエハ形成パターンとは異なるアライメントマークを形成しなくても済み、処理効率も早く、よりデバイス量産向きである。なお、本実施例では帯電量に基づくレンズ設定値算出方法について述べたが、磁気ヘッド作製工程などで用いられる磁性体基板上への露光制御についても全く同様の方法を用いることができる。
【００３３】
また、本方法は必ずしも露光ウエハ毎に行う必要はなく、同一構造のウエハについては予め帯電量あるいは磁性分布に対するレンズ設定値を計測しておき、その設定値に基づき常に露光すれば、スループットも犠牲にならず高精度な露光像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、荷電粒子線を用いた微細パターン形成する方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施形態に係る帯電量分布計測における光学系補正の方法を示す模式図
【図２】第１の実施形態に係る露光時における光学系補正の方法を示す模式図
【図３】第１及び第２の実施形態に係る空間像計測の模式図
【図４】基板上に帯電分布あるいは磁界分布がない基板上への露光制御を説明した模式図
【図５】第２の実施形態に係るフォーカス補正量あるいは非点収差補正値の事前計測とその結果に基づく露光光学系制御の方法を説明した模式図
【図６】第３及び第４の実施形態に係る、基板上の帯電量あるいは磁界分布の事前計測とその結果に基づいて露光光学系レンズ設定値を算出して制御する方法を説明した模式図
【符号の説明】
【００３６】
１０１    ウエハあるいは露光基板
１０２    帯電量モニター
１０３    帯電量分布
１０４    フォーカスレンズ制御電圧
１０５    フォーカス位置補正量
１１０，１１３    帯電基板
１１１    バイアス量分布
１１２    フォーカスずれ量分布
１１４    フォーカス補正量分布
１１５    フォーカスずれ量
１１６ａ    レチクルパターン
１１６ｂ    縮小倍率制御の投影光学系
１１６ｃ    フォーカス制御の投影光学系
１１７ａ  フォーカスあるいは非点収差補正時のデフォーカス状態
１１７ｂ  フォーカスあるいは非点収差補正時のベストフォーカス状態
１２０    電子線（露光光源）
１２１    レチクル
１２２    空間像計測用レチクルパターン部を透過した繰り返しパターンのビーム
１２３    空間像計測用ウエハ上パターン
１２５    ウエハ
１２６    反射電子信号
１３０    レチクルパターン
１３１    投影光学系
１３２    被露光基板
１３３    バイアス量分布
１３４    フォーカス補正量
１４０    照明電子（露光光源）
１４１    レチクル
１４２    電子線
１４３    投影光学系
１４４    反射あるいは二次電子検出器
１４５    空間像計測用のアライメントパターン
１４６    空間像
１４７    投影レンズ設定値
１４８    露光投影光学系
１５０    被露光基板
１５１    帯電量あるいは磁性強度モニター
１５２    帯電量あるいは磁性強度分布
１５３    投影レンズ設定値分布
１５４    露光投影光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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